Engenharia Civilhttp://hdl.handle.net/10183/732024-03-29T10:20:40Z2024-03-29T10:20:40ZModelagem computacional de túneis gêmeos profundos interligados por galerias transversais considerando o acoplamento plasticidade-viscoplasticidadeColombo, Carlos Alberto Magnus Macielhttp://hdl.handle.net/10183/2741802024-03-28T09:22:12Z2023-01-01T00:00:00ZModelagem computacional de túneis gêmeos profundos interligados por galerias transversais considerando o acoplamento plasticidade-viscoplasticidade
Colombo, Carlos Alberto Magnus Maciel
No presente trabalho, modelos constitutivos desenvolvidos em trabalhos anteriores são implementados via funcionalidade USERMAT disponível no software ANSYS para analisar os processos de deformação em túneis gêmeos profundos interligados por galerias transversais. Diferentes modelos constitutivos para o maciço são considerados: elástico, elastoplástico, viscoplástico e elastoplástico-viscoplástico. A plasticidade é definida assumindo uma superfície de escoamento de Drucker-Prager com regra de fluxo associada sem endurecimento/amolecimento. Por outro lado, a viscoplasticidade é baseada no modelo de Perzyna, empregando igualmente uma superfície de escoamento de Drucker-Prager. Para o revestimento, dois modelos constitutivos são adotados: elástico e viscoelástico. O comportamento viscoelástico para o revestimento é definido por um modelo reológico de Kelvin Generalizado, formulado com base na Teoria da Solidificação de Bazant e Prasannan e ajustando os parâmetros de acordo com as formulações do CEB-FIP MC90. A verificação do modelo computacional ocorre através de comparações com soluções analíticas desenvolvidas por outros autores em elasticidade e elastoplasticidade para túneis gêmeos sem galeria. Uma análise da convergência de malha combinada com a implementação da linguagem APDL permitiu a definição de uma discretização espacial satisfatória para o domínio geométrico. Análises paramétricas são utilizadas para investigar a interação mútua entre os túneis gêmeos com ou sem galeria, em particular o efeito observado no perfil de convergências do túnel longitudinal. Destaca-se o papel da rigidez do revestimento de concreto no perfil de convergências dos túneis, atenuando os efeitos viscosos, e o notável efeito da interação entre os túneis longitudinais em relação a sua proximidade a partir de quatro raios de distância (aumento de até 11% em relação ao túnel isolado). Desse modo, os maiores valores em termos de convergência ocorrem na consideração dos efeitos viscosos em conjunto com o afastamento de quatro raios entre os túneis. Quando se trata da existência de galeria transversal, considerando a existência de revestimento, observa-se que a sua influência nos túneis gêmeos é altamente localizada, na ordem de quatro raios para cada lado a partir do seu eixo.; In the present work, constitutive models developed in previous studies are implemented using the USERMAT functionality available in the ANSYS software to analyze deformation processes in interconnected deep twin tunnels via transverse galleries. Various constitutive models for the massif are considered: elastic, elastoplastic, viscoplastic, and elastoplasticviscoplastic. Plasticity is defined assuming a Drucker-Prager yield surface with an associated flow rule without hardening/softening. On the other hand, viscoplasticity is based on the Perzyna model, also employing a Drucker-Prager yield surface. For the lining, two constitutive models are adopted: elastic and viscoelastic. The viscoelastic behavior for the lining is defined by a Generalized Kelvin rheological model, formulated based on Bazant and Prasannan's Solidification Theory and adjusting the parameters according to the formulations of CEB-FIP MC90. Computational model verification occurs through comparisons with analytical solutions developed by other authors in elasticity and elastoplasticity for twin tunnels without galleries. A mesh convergence analysis combined with the implementation of the APDL language allowed the definition of a satisfactory spatial discretization for the geometric domain. Parametric analyses are used to investigate the mutual interaction between twin tunnels with or without galleries, particularly the observed effect on the convergence profile of the longitudinal tunnel. The role of the concrete lining stiffness in the convergence profile of tunnels is highlighted, mitigating viscous effects, along with the significant effect of the interaction between longitudinal tunnels in terms of their proximity from four radii apart (an increase of up to 11% compared to an isolated tunnel). Thus, the highest convergence values occur when considering viscous effects together with the distance of four radii between the tunnels. Regarding the existence of a transverse gallery and considering the presence of lining, its influence on twin tunnels is highly localized, within approximately four radii on each side from its axis.
2023-01-01T00:00:00ZComportamento mecânico do concreto têxtil submetido ao esforço de tração : um estudo experimentalRizzo, Joicihttp://hdl.handle.net/10183/2741592024-03-27T09:38:40Z2023-01-01T00:00:00ZComportamento mecânico do concreto têxtil submetido ao esforço de tração : um estudo experimental
Rizzo, Joici
A busca pelo desenvolvimento de produtos sustentáveis e que contribuem com o meio ambiente é um desafio proeminante em todas as áreas de pesquisa na comunidade acadêmica. Na engenharia civil, no entanto, as técnicas utilizadas na construção dos elementos estruturais possuem poucos avanços tecnológicos se comparada com a indústria mecânica, por exemplo. O concreto têxtil, ou simplesmente TRC (Textile Reinforced Concrete) é um material compósito inovador, formado por uma matriz cimentícia reforçada com tecidos têxteis que substituem o aço do concreto armado. Este material pode ser disposto como alternativa ao uso do concreto convencional, possibilitando construções mais leves, de maior durabilidade e custo benefício, o que acaba contribuindo significativamente com o desenvolvimento tecnológico e ambiental da sociedade. Com o propósito de avaliar a resposta mecânica dos tecidos têxteis, a fim de incentivar sua aplicação no mercado de construção civil, neste contexto, realizou-se um estudo experimental avaliando-se o comportamento mecânico do concreto reforçado com o têxtil de vidro disponível no Brasil e o têxtil de carbono importado da Alemanha, que possui impregnação de resina epóxi. Através de ensaios de tração uniaxial, verificou-se o respectivo comportamento mecânico das estruturas avaliadas por meio de gráficos de tensão versus deformação. Dentro da proposta de uma pesquisa sustentável, aplicou-se um método de dosagem do concreto, onde foi possível avaliar previamente a melhor composição de insumos da matriz cimentícia, resultando em um concreto autoadensável e com elevadas resistências mecânicas. No que tange aos ensaios mecânicos, observou-se que os elementos reforçados com o têxtil de vidro brasileiro apresentaram diferentes respostas mecânicas, de acordo com a respectiva taxa de reforço têxtil. Nas amostras compostas por duas camadas do referido têxtil, formaram-se os três estágios na curva de resposta tensão-deformação, conforme previsto na literatura. Já nos corpos de prova reforçados com apenas uma camada, observou-se incapacidade estrutural do elemento. Para os elementos têxteis reforçados com o têxtil de carbono com impregnação de resina epóxi, ocorreram problemas com escorregamento do tecido e desplacamento do concreto, ocasionados pela concentração de tensão nas extremidades da peça. Mesmo assim, foi possível determinar com clareza os três estágios nos gráficos de comportamento mecânico das amostras. A tensão de ruptura média atingida foi igual a 2575 N/mm², enquanto que, nas amostras revestidas com uma camada do têxtil de vidro, obteve-se uma tensão média de ruptura igual a 441 N/mm². Deste modo, as tensões obtidas experimentalmente dos elementos reforçados com o têxtil de carbono alemão alcançaram resultados cerca de cinco vezes maiores do que o têxtil de vidro brasileiro.; The search for the development of sustainable products that contribute to the environment is a prominent challenge in all areas of research in the academic community. In civil engineering, however, the techniques used in the construction of structural elements have few technological advances compared to the mechanical industry, for example. Textile concrete, or simply TRC (Textile Reinforced Concrete) is an innovative composite material, formed by a cement matrix reinforced with textile fabrics that replace the steel in reinforced concrete. This material can be used as an alternative to the use of conventional concrete, enabling lighter constructions, with smaller thicknesses, greater durability and cost-benefit, which ends up contributing significantly to the technological and environmental development of society. With the purpose of evaluating the mechanical response of textile fabrics, in order to encourage their application in the civil construction market, in this context, an experimental study was carried out evaluating the mechanical behavior of concrete reinforced with glass textile, available in Brazil and the carbon textile, imported from Germany, which has epoxy resin impregnation. Through uniaxial tensile tests, the respective mechanical behavior of the structures evaluated using stress-strain response curves was verified. Within the proposal for sustainable research, a concrete dosing method was applied, where it was possible to previously evaluate the best composition of cement matrix inputs, resulting in self-compacting concrete with high mechanical resistance. Regarding mechanical tests, it was observed that the elements reinforced with Brazilian glass textile presented different mechanical responses, according to the respective textile reinforcement rate. In the samples in which two layers of the aforementioned textile were used, the three stages were formed, as predicted in the literature. In the specimens reinforced with just one layer, the structural incapacity of the element was observed. For textile elements reinforced with carbon textile with epoxy resin impregnation, there were problems with fabric slipping and concrete spalling, caused by the concentration of stress at the ends of the piece. Even so, it was possible to clearly determine the three stages on the stress-strain response curves. The average failure stress reached was equal to 2575 N/mm², while, in the samples reinforced with one layer of glass fabric, an average failure stress equal to 441 N/mm² was obtained. The stresses experimentally obtained from the elements reinforced with the German carbon textile achieved results around five times greater than those of the Brazilian glass textile.
2023-01-01T00:00:00ZNumerical analysis of cross-laminated timber building under seismic loading : assessment under EN 1998 and NBR 15421 regulationsVictoria, Lucas Costahttp://hdl.handle.net/10183/2741242024-03-27T09:35:45Z2023-01-01T00:00:00ZNumerical analysis of cross-laminated timber building under seismic loading : assessment under EN 1998 and NBR 15421 regulations
Victoria, Lucas Costa
Civil Construction is getting increasingly concerned with decreasing the environmental impact of its activities. Because of that, new materials and techniques are being developed with the main objective of fulfilling housing necessities as well as sustainability. In this way, it is established that the research objective is the assessment of seismic activity in Cross-Laminated Timber structures. This material is considered an engineered timber and is an alternative to accomplish sustainable goals. Its construction is done by means of glued lamellae with different grain directions, orthogonally disposed, making it possible to resist in and out of plane loadings. Alongside that, it brings agility and productivity to the construction process, an important factor in decreasing the costs of the whole project. However, there is still little development of the material in the literature, being recently incorporated into norms and codes, making its implementation easier for designers and will be able to enlarge its application. This research focused on the ability of the structure to dissipate energy through ductility calculations. The goal was to improve the design process and reduce the use of connectors by considering the plastic level to dissipate energy. The analysis was conducted using RFEM software and the numerical model was validated with experimental values found in the literature. It was possible to reach reductions in displacements up to almost 55% when comparing DC1 and DC2 results. Pushover analysis indicated that the proposed building is considered with high ductility behaviour, despite the overdesign it was carried out to the place it was originally proposed. The present study concluded that NBR 15421 has still much to improve its method since it encompasses regions with medium to low seismicity and resulted in the highest displacement values in average due to its lack of energy dissipation consideration. Alongside that, it was performed an alteration in the material of slabs, considering hybrid CLT-concrete to assess performance and it was concluded that the whole design may be benefited from the usage of heavier structure aiming to achieve better levels of comfort.; A Construção Civil está cada vez mais preocupada em diminuir o impacto ambiental de suas atividades. Por causa disso, novos materiais e técnicas estão sendo desenvolvidos com o principal objetivo de atender às necessidades habitacionais e à sustentabilidade. Dessa forma, estabelecese que o objetivo da pesquisa é a avaliação da atividade sísmica em estruturas de Madeira Lamelada Colada Cruzada (MLCC). Esse material é considerado uma madeira engenheirada e é uma alternativa para alcançar metas sustentáveis. Sua construção é feita por meio da colagem de lâminas de madeira com diferentes direções de fibras, dispostas ortogonalmente, o que torna possível resistir a carregamentos dentro e fora do plano. Além disso, ele traz agilidade e produtividade ao processo de construção, fator importante na redução dos custos de todo o projeto. No entanto, ainda há pouco desenvolvimento desse material na literatura, sendo recentemente incorporado em normas e códigos, o que facilita sua implementação por parte dos projetistas e amplia sua aplicação. Esta pesquisa concentrou-se na capacidade da estrutura de dissipar energia por meio da determinação das deformações em patamar plástico. O objetivo é melhorar o processo de projeto e reduzir o uso de conectores, considerando o nível plástico para dissipar energia. A análise foi conduzida usando o software RFEM e o modelo numérico foi validado com valores experimentais encontrados na literatura. Foi possível alcançar reduções nos deslocamentos de até quase 55% ao comparar os resultados de DC1 e DC2. A análise pushover indicou que o edifício proposto possui um comportamento de alta ductilidade, apesar do superdimensionamento originalmente proposto. O presente estudo concluiu que a NBR 15421 ainda tem muito a melhorar em seu método, uma vez que abrange regiões com sismicidade média a baixa e resultou nos maiores valores de deslocamento em média devido à falta de consideração da dissipação de energia. Além disso, foi realizada uma alteração no material das lajes, considerando CLT-concreto híbrido para avaliar o desempenho, e concluiu-se que todo o projeto pode se beneficiar do uso de uma estrutura mais pesada visando alcançar melhores níveis de conforto.
2023-01-01T00:00:00ZMinimização de riscos, mapeamento de deslizamentos e modelagem geotécnica : estudo de caso BR 376/PRBertuol, Fábiohttp://hdl.handle.net/10183/2737812024-03-20T07:48:56Z2013-01-01T00:00:00ZMinimização de riscos, mapeamento de deslizamentos e modelagem geotécnica : estudo de caso BR 376/PR
Bertuol, Fábio
A humanidade têm enfrentado mudanças climáticas sem precedentes na sua história recente, as quais tem gerado um número crescente de deslizamentos com consequentes perdas humanas e materiais. Nos últimos anos estes eventos salientaram a importância de se conhecer os riscos inerentes às atividades humanas em geral. Com relação aos deslizamentos de terra, a ocupação de áreas impróprias, a construção de obras cada vez mais interferentes no meio físico e alguma alteração no regime de chuvas, têm contribuído para um grande aumento de óbitos consequentes de deslizamentos urbanos e prejuízos de monta nas rodovias. Para se construir uma adequada ferramenta de gestão dos riscos é preciso inicialmente mapear os prováveis deslizamentos a que um local está sujeito. Para tanto, é necessário utilizar modelos capazes de avaliar cartograficamente as encostas. Contudo, os modelos disponíveis na literatura são aplicáveis apenas para rupturas planares/taludes infinitos, não existindo referências para os demais tipos de movimento. A presente tese vem preencher parcialmente esta lacuna, propondo uma modelagem geomecânica (Modelo Geomecânico de Estabilidade com Base Cartográfica - MGEC) que permite fazer a avaliação de movimentos rotacionais e compostos (translacional associado a rotacional), através de mapas. Para isto, foi necessário adaptar as metodologias de Avaliação do Terreno existentes, para que fosse possível atribuir parâmetros de solo as encostas/taludes, trabalhando-se em grandes escalas com elevado nível de detalhe, adaptação aqui denominada de Espacialização. Como forma de comprovação do MGEC e da Espacialização, foi feito um mapeamento de Suscetibilidade a Deslizamentos em um subtrecho de 6 km da rodovia federal sob concessão (km 666 ao km 672 da BR 376-PR, Florianópolis/SC - Curitiba/PR). O local já sofreu com diversos deslizamentos que causaram ou interrupção parcial ou fechamento total da rodovia em anos recentes, com uma documentação acessível. O Mapa de Suscetibilidade seguiu as diretrizes de mapeamento propostas pelo JTC1 da ISSMGE, IAEG e ISRM. O mapa construído nesta tese, utilizando o MGEC desenvolvido, foi capaz de reproduzir muito bem as condições de campo e os deslizamentos que ocorreram no trecho em análise.; Mankind has been facing climate changes with no precedent in its recent history and this has being causing an increasing number of landslides with human and material losses. In recent years these events highlighted the importance of risk knowledge associated to human activities. In relation to landslides, the occupation of unsuitable areas, the construction of engineering works with increasingly interference with the physical environment and some change in rainfall patterns have contributed to a large increase in number of deaths caused by urban landslides and large economic losses in highways. To build an adequate risk management tool is necessary to initially map the landslides that are likely to occur in a particular site. Therefore, it is necessary to use models capable of evaluating the slopes cartographically. However, the models available in the literature are only for planar landslides (infinite), with no references for other kinds of landslides. This gap is partially filled by this thesis, where the geomechanical model developed (Geomechanical Model of Cartographic Stability – GMCS or MGEC) allows the evaluation of rotational and compound slides (association of translational and rotational slides) through maps. For that it was necessary to adapt the existing Landform Evaluation methodologies in order to assign soil parameters for slopes and to work on large scales with high level of detail, here called of Spatialization. To test the GMCS and Spatialization suggested, a mapping of Landslide Susceptibility was carried out along 6 km of a federal highway under concession (Florianópolis/SC - Curitiba/PR, km 666 to km 672 of BR 376-PR). This region suffered several landslides in the past that caused partial disruption or even total closure of the highway. The Susceptibility Map was made using the guidelines for landslide mapping proposed by JTC1 of ISSMGE, IAEG and ISRM. The map built in this thesis, with the support of GMCS, was able to reproduce very well the field conditions and landslides that occurred in the site
2013-01-01T00:00:00Z